WO2018181640A1

WO2018181640A1 - ロボットの関節に好適なジョイント構造

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Publication number: WO2018181640A1
Application number: PCT/JP2018/013079
Authority: WO
Inventors: 崇光生駒; 要林
Original assignee: ＧｒｏｏｖｅＸ株式会社
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2018-10-04
Also published as: CN110382181A; US20190390704A1; GB201913439D0; DE112018001700T5; JPWO2018181640A1; US11519456B2; JP2019214119A; JP6575005B2; GB2574755B; CN110382181B; GB2574755A

Abstract

ジョイント構造は、ロボットの第１部位と第２部位との接続に用いられる。このジョイント構造は、第１部位に設けられる第１部材５０４と、第２部位に設けられ、第１部材５０４と嵌合する嵌合面を有する第２部材５０６と、第１部材５０４と第２部材５０６との嵌合状態が維持されるよう第１部材５０４と第２部材５０６との連結力を発揮させる連結機構と、を備える。連結機構は、嵌合状態からの第１部材５０４と第２部材５０６との相対変位が所定量を超えた場合に、嵌合状態を解除する。

Description

ロボットの関節に好適なジョイント構造

　本発明は、複数の部材を相互に連結するジョイント構造に関し、特にロボットの関節に好適なジョイント構造に関する。

　ヒューマノイドロボットやペットロボット等、人間との対話や癒しを提供する自律行動型ロボットの開発が進められている（例えば特許文献１参照）。このようなロボットは、周囲の状況に基づいて自律的に学習することで行動を進化させ、生き物に近い存在となるものもある。

特開２０００－３２３２１９号公報

　ところで、このようなロボットが室内を動き回ると、その自律的な学習の過程で障害物にぶつかったり、段差につまずいて転倒することも想定される。あるいは、室内にある物を持ち上げることがあるかもしれない。このようなとき、ロボットの関節に想定外の荷重がかかることもあり得る。このようなロボットは、その行動が進化するが故に、負荷される荷重範囲を予め想定して設計することが難しい。

　本発明は上記課題認識に基づいて完成された発明であり、その目的の一つは、ロボットの関節に好適なジョイント構造を提供することにある。

　本発明のある態様は、ロボットの第１部位と第２部位との接続に用いられるジョイント構造である。このジョイント構造は、第１部位に設けられる第１部材と、第２部位に設けられ、第１部材と嵌合する嵌合面を有する第２部材と、第１部材と第２部材との嵌合状態が維持されるよう第１部材と第２部材との連結力を発揮させる連結機構と、を備える。連結機構は、嵌合状態からの第１部材と第２部材との相対変位が所定量を超えた場合に、嵌合状態を解除する。

　本発明の別の態様もジョイント構造である。このジョイント構造は、第１部材と、第１部材に支持される第１軸と、第１軸とジョイントを介して回動可能に連結される第２軸と、第２軸に支持される第２部材と、を備える。第１軸および第２軸を貫通する貫通路が形成され、貫通路に配線が挿通される。

　本発明のさらに別の態様は、第１部位と第２部位とが接続されるロボットである。このロボットは、第１部位を構成する第１部材と、第２部位を構成し、第１部材と嵌合する嵌合面を有する第２部材と、第１部材と第２部材との嵌合状態が維持されるよう第１部材と第２部材との連結力を発揮させる連結機構と、を備える。連結機構は、嵌合状態からの第１部材と第２部材との相対変位が所定量を超えた場合に、嵌合状態を解除する。

　本発明のさらに別の態様もロボットである。このロボットは、第１部位を構成する第１部材と、第１部材に支持される第１軸と、第１軸とジョイントを関節として回動可能に連結される第２軸と、第２軸に支持され、第２部位を構成する第２部材と、を備える。第１軸および第２軸を貫通する貫通路が形成され、貫通路に配線が挿通される。

　本発明によれば、ロボットの関節に好適なジョイント構造を提供できる。

実施形態に係るロボットの外観を表す図である。ロボットの構造を概略的に表す断面図である。ロボットの構造をフレームを中心に表す側面図である。ロボットシステムの構成図である。感情マップの概念図である。ロボットのハードウェア構成図である。ロボットシステムの機能ブロック図である。ツノの外観を表す斜視図である。ジョイント機構を表す斜視図である。ジョイント機構の内部構造を表す断面図である。ジョイント機構の内部構造を表す断面図である。第２部材の回転規制構造を表す説明図である。第２部材の離脱過程（嵌合解除）を例示する図である。変形例に係るジョイント構造を表す断面図である。他の変形例に係るジョイント構造を表す断面図である。他の変形例に係るジョイント構造を表す断面図である。他の変形例に係るジョイント構造を表す断面図である。

　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。

　本実施形態は、ロボットの関節等、第１部位と第２部位とが接続される部分が容易に破壊されないよう、人間や動物でいう脱臼をイメージした構造を取り入れている。すなわち、工場などで利用されるアームを有する機械は、予め取り扱う荷重の範囲が決められており、その範囲内であれば、破壊することなく理想的に動くように設計されている。一方、家庭での利用を主目的とするロボットは、荷重の範囲を定め難い。耐荷重に十分な余裕を持たせると、産業用ロボットのように重量級になってしまい、家庭での利用が困難となる。そうとはいえ、従来家庭で許容されていた範囲の耐荷重設計では、ロボットに想定限界を超える荷重がかかったとき、その関節などが壊れてしまう。特に、近年開発が進められている自律行動型ロボットは、自らの選択で行動し、その行動が進化するが故に、関節に負荷され得る荷重範囲の予測が困難である。そこで、本実施形態では、関節に限界を超えた負荷が作用した場合、脱臼というコントロールされた破壊をあえて引き起こすことで、負荷を受け流し、破壊を防ぐ仕組みを実現している。以下、その詳細について説明する。

　図１は、実施形態に係るロボット１００の外観を表す図である。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は側面図である。
　本実施形態におけるロボット１００は、外部環境および内部状態に基づいて行動や仕草（ジェスチャー）を決定する自律行動型のロボットである。外部環境は、カメラやサーモセンサなど各種のセンサにより認識される。内部状態はロボット１００の感情を表現するさまざまなパラメータとして定量化される。

　ロボット１００は、屋内行動が前提とされており、例えば、オーナー家庭の家屋内を行動範囲とする。以下、ロボット１００に関わる人間を「ユーザ」とよび、ロボット１００が所属する家庭の構成員となるユーザのことを「オーナー」とよぶ。

　ロボット１００のボディ１０４は、全体的に丸みを帯びた形状を有し、ウレタンやゴム、樹脂、繊維など柔らかく弾力性のある素材により形成された外皮を含む。ロボット１００に服を着せてもよい。丸くてやわらかく、手触りのよいボディ１０４とすることで、ロボット１００はユーザに安心感とともに心地よい触感を提供する。

　ロボット１００は、総重量が１５キログラム以下、好ましくは１０キログラム以下、さらに好ましくは、５キログラム以下である。ロボット１００の身長は１．２メートル以下、好ましくは、０．７メートル以下である。ユーザは、乳児を抱っこするのと同等の労力でロボット１００を抱っこできる。

　ロボット１００は、３輪走行するための３つの車輪を備える。図示のように、一対の前輪１０２（左輪１０２ａ，右輪１０２ｂ）と、一つの後輪１０３を含む。前輪１０２が駆動輪であり、後輪１０３が従動輪である。前輪１０２は、操舵機構を有しないが、回転速度や回転方向が個別に制御可能とされている。後輪１０３は、いわゆるオムニホイールからなり、ロボット１００を前後左右への移動させるために回転自在となっている。左輪１０２ａよりも右輪１０２ｂの回転数を大きくすることで、ロボット１００が左折したり、左回りに回転できる。右輪１０２ｂよりも左輪１０２ａの回転数を大きくすることで、ロボット１００が右折したり、右回りに回転できる。

　前輪１０２および後輪１０３は、後述する駆動機構（回動機構、リンク機構）によりボディ１０４に完全収納できる。走行時においても各車輪の大部分はボディ１０４に隠れているが、各車輪がボディ１０４に完全収納されるとロボット１００は移動不可能な状態となる。すなわち、車輪の収納動作に伴ってボディ１０４が降下し、床面に着座する。この着座状態においては、ボディ１０４の底部に形成された平坦状の着座面１０８（接地底面）が床面Ｆに当接する。

　ロボット１００は、２つの手１０６を有する。手１０６には、モノを把持する機能はない。手１０６は上げる、振る、振動するなど簡単な動作が可能である。２つの手１０６も個別制御可能である。

　ロボット１００の頭部正面（顔）には２つの目１１０が設けられている。目１１０には高解像度カメラ４０２が内蔵される。目１１０は、液晶素子または有機ＥＬ素子による画像表示も可能である。ロボット１００は、スピーカーを内蔵し、簡単な音声を発することもできる。ロボット１００の頭頂部にはツノ１１２が取り付けられる。

　本実施形態のロボット１００は、ツノ１１２に全天球カメラ４００（第１のカメラ）が内蔵される。全天球カメラ４００は、魚眼レンズにより上下左右全方位（３６０度：特に、ロボット１００の上方略全域）を一度に撮影できる。目１１０に内蔵される高解像度カメラ４０２（第２のカメラ）は、ロボット１００の正面方向のみを撮影できる。全天球カメラ４００は撮影範囲が広いが高解像度カメラ４０２よりは解像度が低い。

　このほか、ロボット１００は、周辺温度分布を画像化する温度センサ（サーモセンサ）、複数のマイクロフォンを有するマイクロフォンアレイ、計測対象の形状を測定可能な形状測定センサ（深度センサ）、超音波センサなどさまざまなセンサを内蔵する。

　図２は、ロボット１００の構造を概略的に表す断面図である。図３は、ロボット１００の構造をフレームを中心に表す側面図である。図２は図３のＡ－Ａ矢視断面に対応する。
　図２に示すように、ロボット１００のボディ１０４は、ベースフレーム３０８、本体フレーム３１０、一対のホイールカバー３１２および外皮３１４を含む。ベースフレーム３０８は、金属からなり、ボディ１０４の軸芯を構成するとともに内部機構を支持する。ベースフレーム３０８は、アッパープレート３３２とロアプレート３３４とを複数のサイドプレート３３６により上下に連結して構成される。複数のサイドプレート３３６間には通気が可能となるよう、十分な間隔が設けられている。ベースフレーム３０８の内方には、バッテリー１１８、制御回路３４２および各種アクチュエータ等が収容されている。

　本体フレーム３１０は、樹脂材からなり、頭部フレーム３１６および胴部フレーム３１８を含む。頭部フレーム３１６は、中空半球状をなし、ロボット１００の頭部骨格を形成する。胴部フレーム３１８は、段付筒形状をなし、ロボット１００の胴部骨格を形成する。胴部フレーム３１８は、ベースフレーム３０８と一体に固定されている。頭部フレーム３１６は、胴部フレーム３１８の上端部に相対変位可能に組み付けられている。

　頭部フレーム３１６には、ヨー軸３２１、ピッチ軸３２２およびロール軸３２３の３軸と、各軸を回転駆動するアクチュエータ３２４，３２５が設けられている。アクチュエータ３２４は、ヨー軸３２１を駆動するためのサーボモータを含む。アクチュエータ３２５は、ピッチ軸３２２およびロール軸３２３をそれぞれ駆動するための複数のサーボモータを含む。首振り動作のためにヨー軸３２１が駆動され、頷き動作，見上げ動作および見下ろし動作のためにピッチ軸３２２が駆動され、首を傾げる動作のためにロール軸３２３が駆動される。頭部フレーム３１６の上部には、ヨー軸３２１に支持されるプレート３２６が固定されている。

　頭部フレーム３１６およびその内部機構を下方から支持するように、金属製のベースプレート３２８が設けられている。ベースプレート３２８は、ジョイント３３０を介してアッパープレート３３２（ベースフレーム３０８）と連結されている。ベースプレート３２８には支持台３３５が設けられ、アクチュエータ３２４，３２５およびクロスリンク機構３２９（パンタグラフ機構）が支持されている。クロスリンク機構３２９は、アクチュエータ３２４，３２５を上下に連結し、それらの間隔を変化させることができる。

　より詳細には、アクチュエータ３２５のロール軸３２３が、図示略のギア機構を介して支持台３３５に連結されている。アクチュエータ３２５のピッチ軸３２２は、クロスリンク機構３２９の下端部に連結されている。一方、クロスリンク機構３２９の上端部にアクチュエータ３２４が固定されている。アクチュエータ３２４のヨー軸３２１が、プレート３２６に連結されている。なお、アクチュエータ３２５には、クロスリンク機構３２９を伸縮駆動するための図示略の回転駆動機構が設けられている。

　このような構成により、ロール軸３２３を回転させることにより、アクチュエータ３２５と頭部フレーム３１６とを一体に回転（ローリング）させることができ、首を傾げる動作を実現できる。また、ピッチ軸３２２を回転させることにより、クロスリンク機構３２９と頭部フレーム３１６とを一体に回転（ピッチング）させることができ、頷き動作等を実現できる。ヨー軸３２１を回転させることにより、プレート３２６と頭部フレーム３１６とを一体に回転（ヨーイング）させることができ、首振り動作を実現できる。さらに、クロスリンク機構３２９を伸縮させることにより、首の伸縮動作を実現できる。

　胴部フレーム３１８は、ベースフレーム３０８および車輪駆動機構３７０を収容している。図３にも示すように、車輪駆動機構３７０は、前輪駆動機構３７４および後輪駆動機構３７６を含む。胴部フレーム３１８は、ボディ１０４のアウトラインに丸みをもたせるよう、上半部３８０が滑らかな曲面形状とされている。上半部３８０は、首部に対応する上部に向けて徐々に小幅となるように形成されている。胴部フレーム３１８の下半部３８２は、ホイールカバー３１２との間に前輪１０２の収納スペースＳを形成するために小幅とされている。上半部３８０と下半部３８２との境界は段差形状となっている。

　下半部３８２を構成する左右の側壁は互いに平行とされ、前輪駆動機構３７４の後述する回動軸３７８を貫通させ、これを支持している。下半部３８２の下端開口部を閉止するようにロアプレート３３４が設けられている。言い換えれば、ベースフレーム３０８は、胴部フレーム３１８の下端部に固定され、支持されている。

　一対のホイールカバー３１２は、胴部フレーム３１８の下半部３８２を左右から覆うように設けられている。ホイールカバー３１２は、樹脂からなり、胴部フレーム３１８の上半部３８０と連続した滑らかな外面（曲面）を形成するように組み付けられている。ホイールカバー３１２の上端部が、上半部３８０の下端部に沿って連結されている。それにより、下半部３８２の側壁とホイールカバー３１２との間に、下方に向けて開放される収納スペースＳが形成されている。

　外皮３１４は、ウレタンゴム又はスポンジからなり、本体フレーム３１０およびホイールカバー３１２を外側から覆う。手１０６は、外皮３１４と一体成形される。外皮３１４の上端部には、開口部３９０が設けられる。ツノ１１２の下端部が、開口部３９０を介して頭部フレーム３１６に接続されている。ツノ１１２は、関節として機能するジョイント機構５００を有する。ツノ１１２に過負荷がかかると、ジョイント機構５００の脱臼作用によりその荷重が逃がされ、ツノ１１２の破損が防止される。また、制御回路３４２につながる（電源線１３０，信号線１３２）が、ジョイント機構５００を貫通して全天球カメラ４００に接続されている。このジョイント機構５００の詳細については後述する。

　前輪駆動機構３７４は、前輪１０２を回転させるための回転駆動機構と、前輪１０２を収納スペースＳから進退させるための収納作動機構とを含む。すなわち、前輪駆動機構３７４は、回動軸３７８およびアクチュエータ３７９を含む。前輪１０２は、その中心部にダイレクトドライブモータ（以下「ＤＤモータ」と表記する）３９６を有する。ＤＤモータ３９６は、アウターロータ構造を有し、ステータが車軸３９８に固定され、ロータが前輪１０２のホイール３９７に同軸状に固定されている。車軸３９８は、アーム３５０を介して回動軸３７８と一体化されている。胴部フレーム３１８の下部側壁には、回動軸３７８を貫通させつつ回動可能に支持する軸受３５２が埋設されている。軸受３５２には、胴部フレーム３１８の内外を気密にシールするためのシール構造（軸受シール）が設けられている。アクチュエータ３７９の駆動により、前輪１０２を収納スペースＳから外部へ向けて進退駆動できる。

　後輪駆動機構３７６は、回動軸３５４およびアクチュエータ３５６を含む。回動軸３５４からは２本のアーム３５８が延び、その先端に車軸３６０が一体に設けられている。車軸３６０に後輪１０３が回転可能に支持されている。胴部フレーム３１８の下部側壁には、回動軸３５４を貫通させつつ回動可能に支持する図示略の軸受が埋設されている。その軸受にも軸シール構造が設けられている。アクチュエータ３５６の駆動により、後輪１０３を収納スペースＳから外部へ向けて進退駆動できる。

　車輪収納時には、アクチュエータ３７９，３５６が一方向に駆動される。このとき、アーム３５０が回動軸３７８を中心に回動し、前輪１０２が床面Ｆから上昇する。また、アーム３５８が回動軸３５４を中心に回動し、後輪１０３が床面Ｆから上昇する。それにより、ボディ１０４が降下し、着座面１０８が床面Ｆに接地する。これにより、ロボット１００がお座りした状態が実現される。アクチュエータ３７９，３５６を反対方向に駆動することにより、各車輪を収納スペースＳから進出させ、ロボット１００を立ち上がらせることができる。

　手１０６を駆動するための駆動機構は、外皮３１４に埋設されたワイヤ１３４と、その駆動回路３４０（通電回路）を含む。ワイヤ１３４は、本実施形態では形状記憶合金線からなり、加熱されると収縮硬化し、徐熱されると弛緩伸長する。ワイヤ１３４の両端から引き出されたリード線が、駆動回路３４０に接続されている。駆動回路３４０のスイッチがオンされるとワイヤ１３４（形状記憶合金線）に通電がなされる。

　ワイヤ１３４は、外皮３１４から手１０６に延びるようにモールド又は編み込まれている。ワイヤ１３４の両端から胴部フレーム３１８の内方にリード線が引き出されている。ワイヤ１３４は外皮３１４の左右に１本ずつ設けてもよいし、複数本ずつ並列に設けてもよい。ワイヤ１３４に通電することで手１０６を上げることができ、通電遮断することで手１０６を下げることができる。

　ロボット１００は、ピッチ軸３２２の回転角度を制御することにより、視線（点線矢印参照）の角度を調整できる。なお、本実施形態では便宜上、ピッチ軸３２２と目１１０とを通る仮想直線の方向を視線の方向とする。高解像度カメラ４０２の光軸は視線と一致する。また、後述の演算処理を容易にするため、全天球カメラ４００とピッチ軸３２２とを結ぶ直線と視線とが直角となるように設定されている。

　頭部フレーム３１６の前後には、胴部フレーム３１８の上端部を挿通可能なスリット３６２，３６４が設けられている。このため、ピッチ軸３２２を中心とする頭部フレーム３１６の可動範囲（回転範囲）を大きくとることができる。本実施形態では、この可動範囲を９０度とし、視線が水平となる状態から上下に４５度ずつとしている。すなわち、ロボット１００の視線が上向く角度（見上げ角）の限界値が４５度とされ、視線が下向く角度（見下ろし角）の限界値も４５度とされている。

　図４は、ロボットシステム３００の構成図である。
　ロボットシステム３００は、ロボット１００、サーバ２００および複数の外部センサ１１４を含む。家屋内にはあらかじめ複数の外部センサ１１４（外部センサ１１４ａ、１１４ｂ、・・・、１１４ｎ）が設置される。外部センサ１１４は、家屋の壁面に固定されてもよいし、床に載置されてもよい。サーバ２００には、外部センサ１１４の位置座標が登録される。位置座標は、ロボット１００の行動範囲として想定される家屋内においてｘ，ｙ座標として定義される。

　サーバ２００は、家庭内に設置される。本実施形態におけるサーバ２００とロボット１００は１対１で対応する。ロボット１００の内蔵するセンサおよび複数の外部センサ１１４から得られる情報に基づいて、サーバ２００がロボット１００の基本行動を決定する。外部センサ１１４はロボット１００の感覚器を補強するためのものであり、サーバ２００はロボット１００の頭脳を補強するためのものである。

　外部センサ１１４は、定期的に外部センサ１１４のＩＤ（以下、「ビーコンＩＤ」とよぶ）を含む無線信号（以下、「ロボット探索信号」とよぶ）を送信する。ロボット１００はロボット探索信号を受信するとビーコンＩＤを含む無線信号（以下、「ロボット返答信号」とよぶ）を返信する。サーバ２００は、外部センサ１１４がロボット探索信号を送信してからロボット返答信号を受信するまでの時間を計測し、外部センサ１１４からロボット１００までの距離を測定する。複数の外部センサ１１４とロボット１００とのそれぞれの距離を計測することで、ロボット１００の位置座標を特定する。もちろん、ロボット１００が自らの位置座標を定期的にサーバ２００に送信する方式でもよい。

　図５は、感情マップ１１６の概念図である。
　感情マップ１１６は、サーバ２００に格納されるデータテーブルである。ロボット１００は、感情マップ１１６にしたがって行動選択する。感情マップ１１６は、ロボット１００の場所に対する好悪感情の大きさを示す。感情マップ１１６のｘ軸とｙ軸は、二次元空間座標を示す。ｚ軸は、好悪感情の大きさを示す。ｚ値が正値のときにはその場所に対する好感が高く、ｚ値が負値のときにはその場所を嫌悪していることを示す。

　感情マップ１１６において、座標Ｐ１は、ロボット１００の行動範囲としてサーバ２００が管理する屋内空間のうち好感情が高い地点（以下、「好意地点」とよぶ）である。好意地点は、ソファの陰やテーブルの下などの「安全な場所」であってもよいし、リビングのように人が集まりやすい場所、賑やかな場所であってもよい。また、過去にやさしく撫でられたり、触れられたりした場所であってもよい。ロボット１００がどのような場所を好むかという定義は任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が好む場所を好意地点として設定することが望ましい。

　座標Ｐ２は、悪感情が高い地点（以下、「嫌悪地点」とよぶ）である。嫌悪地点は、テレビの近くなど大きな音がする場所、お風呂や洗面所のように濡れやすい場所、閉鎖空間や暗い場所、ユーザから乱暴に扱われたことがある不快な記憶に結びつく場所などであってもよい。ロボット１００がどのような場所を嫌うかという定義も任意であるが、一般的には、小さな子どもや犬や猫などの小動物が怖がる場所を嫌悪地点として設定することが望ましい。

　座標Ｑは、ロボット１００の現在位置を示す。複数の外部センサ１１４が定期的に送信するロボット探索信号とそれに対するロボット返答信号により、サーバ２００はロボット１００の位置座標を特定する。例えば、ビーコンＩＤ＝１の外部センサ１１４とビーコンＩＤ＝２の外部センサ１１４がそれぞれロボット１００を検出したとき、２つの外部センサ１１４からロボット１００の距離を求め、そこからロボット１００の位置座標を求める。

　あるいは、ビーコンＩＤ＝１の外部センサ１１４は、ロボット探索信号を複数方向に送信し、ロボット１００はロボット探索信号を受信したときロボット返答信号を返す。これにより、サーバ２００は、ロボット１００がどの外部センサ１１４からどの方向のどのくらいの距離にいるかを把握してもよい。また、別の実施の形態では、車輪（前輪１０２）の回転数からロボット１００の移動距離を算出して、現在位置を特定してもよいし、カメラから得られる画像に基づいて現在位置を特定してもよい。感情マップ１１６が与えられた場合、ロボット１００は好意地点（座標Ｐ１）に引き寄せられる方向、嫌悪地点（座標Ｐ２）から離れる方向に移動する。

　感情マップ１１６は動的に変化する。ロボット１００が座標Ｐ１に到達すると、座標Ｐ１におけるｚ値（好感情）は時間とともに低下する。これにより、ロボット１００は好意地点（座標Ｐ１）に到達して、「感情が満たされ」、やがて、その場所に「飽きてくる」という生物的行動をエミュレートできる。同様に、座標Ｐ２における悪感情も時間とともに緩和される。時間経過とともに新たな好意地点や嫌悪地点が生まれ、それによってロボット１００は新たな行動選択を行う。ロボット１００は、新しい好意地点に「興味」を持ち、絶え間なく行動選択する。

　感情マップ１１６は、ロボット１００の内部状態として、感情の起伏を表現する。ロボット１００は、好意地点を目指し、嫌悪地点を避け、好意地点にしばらくとどまり、やがてまた次の行動を起こす。このような制御により、ロボット１００の行動選択を人間的・生物的なものにできる。

　なお、ロボット１００の行動に影響を与えるマップ（以下、「行動マップ」と総称する）は、図３に示したようなタイプの感情マップ１１６に限らない。例えば、好奇心、恐怖を避ける気持ち、安心を求める気持ち、静けさや薄暗さ、涼しさや暖かさといった肉体的安楽を求める気持ち、などさまざまな行動マップを定義可能である。そして、複数の行動マップそれぞれのｚ値を重み付け平均することにより、ロボット１００の目的地点を決定してもよい。

　ロボット１００は、行動マップとは別に、さまざまな感情や感覚の大きさを示すパラメータを有してもよい。例えば、寂しさという感情パラメータの値が高まっているときには、安心する場所を評価する行動マップの重み付け係数を大きく設定し、目標地点に到達することでこの感情パラメータの値を低下させてもよい。同様に、つまらないという感覚を示すパラメータの値が高まっているときには、好奇心を満たす場所を評価する行動マップの重み付け係数を大きく設定すればよい。

　図６は、ロボット１００のハードウェア構成図である。
　ロボット１００は、内部センサ１２８、通信機１２６、記憶装置１２４、プロセッサ１２２、駆動機構１２０およびバッテリー１１８を含む。駆動機構１２０は、上述した車輪駆動機構３７０を含む。プロセッサ１２２と記憶装置１２４は、制御回路３４２に含まれる。各ユニットは電源線１３０および信号線１３２により互いに接続される。バッテリー１１８は、電源線１３０を介して各ユニットに電力を供給する。各ユニットは信号線１３２により制御信号を送受する。バッテリー１１８は、リチウムイオン電池などの二次電池であり、ロボット１００の動力源である。

　内部センサ１２８は、ロボット１００が内蔵する各種センサの集合体である。具体的には、カメラ４１０（全天球カメラ４００と高解像度カメラ４０２）、マイクロフォンアレイ４０４、温度センサ４０６、形状測定センサ４０８のほか、赤外線センサ、タッチセンサ、加速度センサ、ニオイセンサなどである。ニオイセンサは、匂いの元となる分子の吸着によって電気抵抗が変化する原理を応用した既知のセンサである。

　通信機１２６は、サーバ２００や外部センサ１１４、ユーザの有する携帯機器など各種の外部機器を対象として無線通信を行う通信モジュールである。記憶装置１２４は、不揮発性メモリおよび揮発性メモリにより構成され、コンピュータプログラムや各種設定情報を記憶する。プロセッサ１２２は、コンピュータプログラムの実行手段である。駆動機構１２０は、内部機構を制御するアクチュエータである。このほかには、表示器やスピーカーなども搭載される。

　プロセッサ１２２は、通信機１２６を介してサーバ２００や外部センサ１１４と通信しながら、ロボット１００の行動選択を行う。内部センサ１２８により得られるさまざまな外部情報も行動選択に影響する。

　駆動機構１２０は、主として、車輪（前輪１０２）、頭部（頭部フレーム３１６）および胴部（手１０６）を制御する。駆動機構１２０は、２つの前輪１０２のそれぞれの回転速度や回転方向を変化させることにより、ロボット１００の移動方向や移動速度を変化させる。また、駆動機構１２０は、車輪（前輪１０２および後輪１０３）を昇降させることもできる。車輪が上昇すると、車輪はボディ１０４に完全に収納され、ロボット１００は着座面１０８にて床面に当接し、着座状態となる。

　駆動機構１２０がワイヤ１３４を介して手１０６を引っ張ることにより、手１０６を持ち上げることができる。手１０６を振動させることで手を振るような仕草も可能である。多数のワイヤ１３４を利用すればさらに複雑な仕草も表現可能である。

　図７は、ロボットシステム３００の機能ブロック図である。
　上述のように、ロボットシステム３００は、ロボット１００、サーバ２００および複数の外部センサ１１４を含む。ロボット１００およびサーバ２００の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。ロボット１００の機能の一部はサーバ２００により実現されてもよいし、サーバ２００の機能の一部または全部はロボット１００により実現されてもよい。

（サーバ２００）
　サーバ２００は、通信部２０４、データ処理部２０２およびデータ格納部２０６を含む。通信部２０４は、外部センサ１１４およびロボット１００との通信処理を担当する。データ格納部２０６は各種データを格納する。データ処理部２０２は、通信部２０４により取得されたデータおよびデータ格納部２０６に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部２０２は、通信部２０４およびデータ格納部２０６のインタフェースとしても機能する。

　データ格納部２０６は、モーション格納部２３２、マップ格納部２１６および個人データ格納部２１８を含む。ロボット１００は、複数の動作パターン（モーション）を有する。手を震わせる、蛇行しながらオーナーに近づく、首をかしげたままオーナーを見つめる、などさまざまなモーションが定義される。

　モーション格納部２３２は、モーションの制御内容を定義する「モーションファイル」を格納する。各モーションは、モーションＩＤにより識別される。モーションファイルは、ロボット１００のモーション格納部１６０にもダウンロードされる。どのモーションを実行するかは、サーバ２００で決定されることもあるし、ロボット１００で決定されることもある。

　ロボット１００のモーションの多くは、複数の単位モーションを含む複合モーションとして構成される。例えば、ロボット１００がオーナーに近づくとき、オーナーの方に向き直る単位モーション、手を上げながら近づく単位モーション、体を揺すりながら近づく単位モーション、両手を上げながら着座する単位モーションの組み合わせとして表現されてもよい。このような４つのモーションの組み合わせにより、「オーナーに近づいて、途中で手を上げて、最後は体をゆすった上で着座する」というモーションが実現される。モーションファイルには、ロボット１００に設けられたアクチュエータの回転角度や角速度などが時間軸に関連づけて定義される。モーションファイル（アクチュエータ制御情報）にしたがって、時間経過とともに各アクチュエータを制御することで様々なモーションが表現される。

　先の単位モーションから次の単位モーションに変化するときの移行時間を「インターバル」とよぶ。インターバルは、単位モーション変更に要する時間やモーションの内容に応じて定義されればよい。インターバルの長さは調整可能である。以下、いつ、どのモーションを選ぶか、モーションを実現する上での各アクチュエータの出力調整など、ロボット１００の行動制御にかかわる設定のことを「行動特性」と総称する。ロボット１００の行動特性は、モーション選択アルゴリズム、モーションの選択確率、モーションファイル等により定義される。

　マップ格納部２１６は、複数の行動マップを格納する。個人データ格納部２１８は、ユーザ、特に、オーナーの情報を格納する。具体的には、ユーザに対する親密度やユーザの身体的特徴・行動的特徴など各種のパラメータを格納する。年齢や性別などの他の属性情報を格納してもよい。

　ロボット１００はユーザの身体的特徴や行動的特徴に基づいてユーザを識別する。ロボット１００は、内蔵のカメラで常時周辺を撮像する。そして、画像に写る人物の身体的特徴と行動的特徴を抽出する。身体的特徴とは、背の高さ、好んで着る服、メガネの有無、肌の色、髪の色、耳の大きさなど身体に付随する視覚的特徴であってもよいし、平均体温や匂い、声質、などその他の特徴も含めてもよい。行動的特徴とは、具体的には、ユーザが好む場所、動きの活発さ、喫煙の有無など行動に付随する特徴である。例えば、父親として識別されるオーナーは在宅しないことが多く、在宅時にはソファで動かないことが多いが、母親は台所にいることが多く、行動範囲が広い、といった行動上の特徴を抽出する。ロボット１００は、大量の画像情報やその他のセンシング情報から得られる身体的特徴および行動的特徴に基づいて、高い頻度で出現するユーザを「オーナー」としてクラスタリングする。

　ユーザＩＤでユーザを識別する方式は簡易かつ確実であるが、ユーザがユーザＩＤを提供可能な機器を保有していることが前提となる。一方、身体的特徴や行動的特徴によりユーザを識別する方法は画像認識処理負担が大きいものの携帯機器を保有していないユーザでも識別できるメリットがある。２つの方法は一方だけを採用してもよいし、補完的に２つの方法を併用してユーザ特定を行ってもよい。本実施形態においては、身体的特徴と行動的特徴からユーザをクラスタリングし、ディープラーニング（多層型のニューラルネットワーク）によってユーザを識別する。

　ロボット１００は、ユーザごとに親密度という内部パラメータを有する。ロボット１００が、自分を抱き上げる、声をかけてくれるなど、自分に対して好意を示す行動を認識したとき、そのユーザに対する親密度が高くなる。ロボット１００に関わらないユーザや、乱暴を働くユーザ、出会う頻度が低いユーザに対する親密度は低くなる。

　データ処理部２０２は、位置管理部２０８、マップ管理部２１０、認識部２１２、動作判断部２２２および親密度管理部２２０を含む。位置管理部２０８は、ロボット１００の位置座標を、図４を用いて説明した方法にて特定する。位置管理部２０８はユーザの位置座標もリアルタイムで追跡してもよい。

　マップ管理部２１０は、複数の行動マップについて図５に関連して説明した方法にて各座標のパラメータを変化させる。マップ管理部２１０は、行動マップの一種である温度マップを管理する。

　マップ管理部２１０は、複数の行動マップのいずれかを選択してもよいし、複数の行動マップのｚ値を加重平均してもよい。例えば、行動マップＡでは座標Ｒ１、座標Ｒ２におけるｚ値が４と３であり、行動マップＢでは座標Ｒ１、座標Ｒ２におけるｚ値が－１と３であるとする。単純平均の場合、座標Ｒ１の合計ｚ値は４－１＝３、座標Ｒ２の合計ｚ値は３＋３＝６であるから、ロボット１００は座標Ｒ１ではなく座標Ｒ２の方向に向かう。行動マップＡを行動マップＢの５倍重視するときには、座標Ｒ１の合計ｚ値は４×５－１＝１９、座標Ｒ２の合計ｚ値は３×５＋３＝１８であるから、ロボット１００は座標Ｒ１の方向に向かう。

　認識部２１２は、外部環境を認識する。外部環境の認識には、温度や湿度に基づく天候や季節の認識、光量や温度に基づく物陰（安全地帯）の認識など多様な認識が含まれる。認識部２１２は、更に、人物認識部２１４と応対認識部２２８を含む。人物認識部２１４は、ロボット１００の内蔵カメラによる撮像画像から人物を認識し、その人物の身体的特徴や行動的特徴を抽出する。そして、個人データ格納部２１８に登録されている身体特徴情報や行動特徴情報に基づいて、撮像されたユーザ、すなわち、ロボット１００が見ているユーザが、父親、母親、長男などのどの人物に該当するかを判定する。人物認識部２１４は、表情認識部２３０を含む。表情認識部２３０は、ユーザの表情を画像認識することにより、ユーザの感情を推定する。なお、人物認識部２１４は、人物以外、例えば、ペットである猫や犬についても特徴抽出を行う。

　応対認識部２２８は、ロボット１００になされたさまざまな応対行為を認識し、快・不快行為に分類する。応対認識部２２８は、また、ロボット１００の行動に対するオーナーの応対行為を認識することにより、肯定・否定反応に分類する。快・不快行為は、ユーザの応対行為が、生物として心地よいものであるか不快なものであるかにより判別される。例えば、抱っこされることはロボット１００にとって快行為であり、蹴られることはロボット１００にとって不快行為である。肯定・否定反応は、ユーザの応対行為が、ユーザの快感情を示すものか不快感情を示すものであるかにより判別される。例えば、抱っこされることはユーザの快感情を示す肯定反応であり、蹴られることはユーザの不快感情を示す否定反応である。

　動作判断部２２２は、ロボット１００の制御部１５０と協働して、ロボット１００のモーションを決定する。動作判断部２２２は、マップ管理部２１０による行動マップ選択に基づいて、ロボット１００の移動目標地点とそのための移動ルートを作成する。動作判断部２２２は、複数の移動ルートを作成し、その上で、いずれかの移動ルートを選択してもよい。

　動作判断部２２２は、モーション格納部２３２の複数のモーションからロボット１００のモーションを選択する。各モーションには状況ごとに選択確率が対応づけられている。例えば、オーナーから快行為がなされたときには、モーションＡを２０％の確率で実行する、気温が３０度以上となったとき、モーションＢを５％の確率で実行する、といった選択方法が定義される。行動マップに移動目標地点や移動ルートが決定され、後述の各種イベントによりモーションが選択される。

　親密度管理部２２０は、ユーザごとの親密度を管理する。上述したように、親密度は個人データ格納部２１８において個人データの一部として登録される。快行為を検出したとき、親密度管理部２２０はそのオーナーに対する親密度をアップさせる。不快行為を検出したときには親密度はダウンする。また、長期間視認していないオーナーの親密度は徐々に低下する。

（ロボット１００）
　ロボット１００は、内部センサ１２８、通信部１４２、データ処理部１３６、データ格納部１４８および駆動機構１２０を含む。内部センサ１２８は、各種センサの集合体である。内部センサ１２８は、マイクロフォンアレイ４０４、カメラ４１０、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８を含む。

　マイクロフォンアレイ４０４は、複数のマイクロフォンをつなぎ合わせたユニットであり、音を検出する音声センサである。マイクロフォンアレイ４０４は、音を検出し、音源の方向を検出可能なデバイスであればよい。マイクロフォンアレイ４０４は、頭部フレーム３１６に内蔵される。音源と各マイクロフォンの距離は一致しないため、集音タイミングにばらつきが生じる。このため、各マイクロフォンにおける音の強さと位相から音源の位置を特定できる。ロボット１００は、マイクロフォンアレイ４０４により音源の位置、特に音源の方向を検出する。

　カメラ４１０は外部を撮影するデバイスである。カメラ４１０は、全天球カメラ４００と高解像度カメラ４０２を含む。温度センサ４０６は、外部環境の温度分布を検出し、画像化する。形状測定センサ４０８は、プロジェクタから近赤外線を照射し、近赤外線カメラにて近赤外線の反射光を検出することにより、対象物体の深度、ひいては、凹凸形状を読み取る赤外線深度センサである。

　通信部１４２は、通信機１２６（図６参照）に該当し、外部センサ１１４およびサーバ２００との通信処理を担当する。データ格納部１４８は各種データを格納する。データ格納部１４８は、記憶装置１２４（図６参照）に該当する。データ処理部１３６は、通信部１４２により取得されたデータおよびデータ格納部１４８に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１３６は、プロセッサ１２２およびプロセッサ１２２により実行されるコンピュータプログラムに該当する。データ処理部１３６は、通信部１４２、内部センサ１２８、駆動機構１２０およびデータ格納部１４８のインタフェースとしても機能する。

　データ格納部１４８は、ロボット１００の各種モーションを定義するモーション格納部１６０を含む。モーション格納部１６０には、サーバ２００のモーション格納部２３２から各種モーションファイルがダウンロードされる。モーションは、モーションＩＤによって識別される。前輪１０２を収容して着座する、手１０６を持ち上げる、２つの前輪１０２を逆回転させることで、あるいは、片方の前輪１０２だけを回転させることでロボット１００を回転行動させる、前輪１０２を収納した状態で前輪１０２を回転させることで震える、ユーザから離れるときにいったん停止して振り返る、などのさまざまなモーションを表現するために、各種アクチュエータ（駆動機構１２０）の動作タイミング、動作時間、動作方向などがモーションファイルにおいて時系列定義される。

　データ処理部１３６は、認識部１５６、制御部１５０およびセンサ制御部１７２を含む。制御部１５０は、移動制御部１５２および動作制御部１５４を含む。移動制御部１５２は、サーバ２００の動作判断部２２２とともにロボット１００の移動方向を決める。行動マップに基づく移動をサーバ２００で決定し、障害物をよけるなどの即時的移動をロボット１００で決定してもよい。駆動機構１２０は、移動制御部１５２の指示にしたがって前輪１０２を駆動することで、ロボット１００を移動目標地点に向かわせる。

　動作制御部１５４は、サーバ２００の動作判断部２２２と協働してロボット１００のモーションを決める。一部のモーションについてはサーバ２００で決定し、他のモーションについてはロボット１００で決定してもよい。また、ロボット１００がモーションを決定するが、ロボット１００の処理負荷が高いときにはサーバ２００がモーションを決定するとしてもよい。サーバ２００においてベースとなるモーションを決定し、ロボット１００において追加のモーションを決定してもよい。モーションの決定処理をサーバ２００およびロボット１００においてどのように分担するかはロボットシステム３００の仕様に応じて設計すればよい。動作制御部１５４は選択したモーションを駆動機構１２０に実行指示する。駆動機構１２０は、モーションファイルにしたがって、各アクチュエータを制御する。

　動作制御部１５４は、親密度の高いユーザが近くにいるときには「抱っこ」をせがむ仕草として両方の手１０６をもちあげるモーションを実行することもできるし、「抱っこ」に飽きたときには左右の前輪１０２を収容したまま逆回転と停止を交互に繰り返すことで抱っこをいやがるモーションを表現することもできる。駆動機構１２０は、動作制御部１５４の指示にしたがって前輪１０２や手１０６、首（頭部フレーム３１６）を駆動することで、ロボット１００にさまざまなモーションを表現させる。

　センサ制御部１７２は、内部センサ１２８を制御する。具体的には、高解像度カメラ４０２、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８の計測方向を制御する。頭部フレーム３１６の方向に合わせて、ロボット１００の頭部に搭載される高解像度カメラ４０２、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８の計測方向が変化する。センサ制御部１７２は、高解像度カメラ４０２の撮像方向を制御する（つまり、その撮像方向に合わせて頭部の動きを制御する）。センサ制御部１７２およびカメラ４１０が、「撮像部」として機能する。

　認識部１５６は、内部センサ１２８から得られた外部情報を解釈する。認識部１５６は、視覚的な認識（視覚部）、匂いの認識（嗅覚部）、音の認識（聴覚部）、触覚的な認識（触覚部）が可能である。認識部１５６は、カメラ４１０、温度センサ４０６および形状測定センサ４０８の検出情報を定期的に取得し、人やペットなどの移動物体を検出する。これらの情報はサーバ２００に送信され、サーバ２００の人物認識部２１４は移動物体の身体的特徴を抽出する。また、ユーザの匂いやユーザの声も検出する。匂いや音（声）は既知の方法にて複数種類に分類される。

　ロボット１００に対する強い衝撃が与えられたとき、認識部１５６は内蔵の加速度センサによりこれを認識し、サーバ２００の応対認識部２２８は、近隣にいるユーザによって「乱暴行為」が働かれたと認識する。ユーザがツノ１１２を掴んでロボット１００を持ち上げるときにも、乱暴行為と認識してもよい。ロボット１００に正対した状態にあるユーザが特定音量領域および特定周波数帯域にて発声したとき、サーバ２００の応対認識部２２８は、自らに対する「声掛け行為」がなされたと認識してもよい。また、体温程度の温度を検知したときにはユーザによる「接触行為」がなされたと認識し、接触認識した状態で上方への加速度を検知したときには「抱っこ」がなされたと認識する。ユーザがボディ１０４を持ち上げるときの物理的接触をセンシングしてもよいし、前輪１０２にかかる荷重が低下することにより抱っこを認識してもよい。

　サーバ２００の応対認識部２２８は、ロボット１００に対するユーザの各種応対を認識する。各種応対行為のうち一部の典型的な応対行為には、快または不快、肯定または否定が対応づけられる。一般的には快行為となる応対行為のほとんどは肯定反応であり、不快行為となる応対行為のほとんどは否定反応となる。快・不快行為は親密度に関連し、肯定・否定反応はロボット１００の行動選択に影響する。

　検出・分析・判定を含む一連の認識処理は、サーバ２００の認識部２１２だけで行ってもよいし、ロボット１００の認識部１５６だけで行ってもよいし、双方が役割分担をしながら上記認識処理を実行してもよい。

　認識部１５６により認識された応対行為に応じて、サーバ２００の親密度管理部２２０はユーザに対する親密度を変化させる。原則的には、快行為を行ったユーザに対する親密度は高まり、不快行為を行ったユーザに対する親密度は低下する。

　サーバ２００の認識部２１２は、応対に応じて快・不快を判定し、マップ管理部２１０は「場所に対する愛着」を表現する行動マップにおいて、快・不快行為がなされた地点のｚ値を変化させてもよい。例えば、リビングにおいて快行為がなされたとき、マップ管理部２１０はリビングに好意地点を高い確率で設定してもよい。この場合、ロボット１００はリビングを好み、リビングで快行為を受けることで、ますますリビングを好む、というポジティブ・フィードバック効果が実現する。

　サーバ２００の人物認識部２１４は、外部センサ１１４または内部センサ１２８から得られた各種データから移動物体を検出し、その特徴（身体的特徴と行動的特徴）を抽出する。そして、これらの特徴に基づいて複数の移動物体をクラスタ分析する。移動物体としては、人間だけでなく、犬や猫などのペットが分析対象となることがある。

　ロボット１００は、定期的に画像撮影を行い、人物認識部２１４はそれらの画像から移動物体を認識し、移動物体の特徴を抽出する。移動物体を検出したときには、ニオイセンサや内蔵の集音マイク、温度センサ等からも身体的特徴や行動的特徴が抽出される。例えば、画像に移動物体が写っているとき、ひげが生えている、早朝活動している、赤い服を着ている、香水の匂いがする、声が大きい、メガネをかけている、スカートを履いている、白髪である、背が高い、太っている、日焼けしている、ソファにいる、といったさまざまな特徴が抽出される。

　このような特徴抽出によるクラスタ分析が完了している状態において、ロボット１００が新たに移動物体（ユーザ）を認識したとする。このとき、サーバ２００の人物認識部２１４は、ロボット１００から得られる画像等のセンシング情報から特徴抽出を行い、ディーブラーニング（多層型ニューラルネットワーク）により、ロボット１００の近くにいる移動物体がどのクラスタに該当するかを判断する。

　特徴抽出によるクラスタの形成（クラスタ分析）と、特徴抽出にともなうクラスタへの当てはめ（ディープラーニング）は同時並行的に実行されてもよい。移動物体（ユーザ）からどのような行為をされるかによってそのユーザに対する親密度が変化する。

　ロボット１００は、よく出会う人、よく触ってくる人、よく声をかけてくれる人に対して高い親密度を設定する。一方、めったに見ない人、あまり触ってこない人、乱暴な人、大声で叱る人に対する親密度は低くなる。ロボット１００はセンサ（視覚、触覚、聴覚）によって検出するさまざまな外界情報にもとづいて、ユーザごとの親密度を変化させる。

　次に、ツノ１１２およびそのジョイント機構５００の詳細について説明する。
　図８は、ツノ１１２の外観を表す斜視図である。図９は、ジョイント機構５００を表す斜視図である。図９（ａ）はジョイント機構５００の連結解除状態を斜め前方（図２におけるツノ１１２の下方）からみた図であり、図９（ｂ）はジョイント機構５００の同状態を斜め後方（図２におけるツノ１１２の上方）からみた図である。

　図８に示すように、ツノ１１２は、ジョイント機構５００（ジョイント構造）にツノ本体５０２を組み付けて構成される。ツノ本体５０２には、「センサモジュール」としての全天球カメラ４００が収容されている。ジョイント機構５００は、第１部材５０４および第２部材５０６を含む。第１部材５０４は、頭部フレーム３１６に組み付けられる。第２部材５０６には、ツノ本体５０２が組み付けられる。なお、本実施形態では、頭部フレーム３１６が「第１部位」に該当し、ツノ本体５０２が「第２部位」に該当する。第１部材５０４および第２部材５０６は、本実施形態では樹脂材からなるが、金属材を成形して得てもよい。

　第１部材５０４は、フランジ状の大径部５０８を有し、その大径部５０８の周縁の一部がフラットに切り欠かれている（切欠き５１０）。頭部フレーム３１６の頂部にも、これと嵌合するほぼ同形状の円孔が設けられており、組付作業時の位置決めが容易となるよう工夫されている。また、大径部５０８の後面の周縁部には、周方向に段差を有する嵌合構造５１２が形成されている。頭部フレーム３１６にも、これに対応する嵌合構造が形成されている。頭部フレーム３１６の円孔に形状を合わせるように大径部５０８を突き当て、第１部材５０４を軸線周りに回転させることにより、第１部材５０４を頭部フレーム３１６に固定できる。第１部材５０４には、配線Ｌ（電源線１３０，信号線１３２）を通すための挿通孔５１４が形成されている。

　図９（ａ）および（ｂ）に示すように、ジョイント機構５００は、第１部材５０４から延びる第１軸５１６と、第２部材５０６から延びる第２軸５１８を含む。これら第１軸５１６と第２軸５１８とは、ジョイント５２０を介して連結されている。ジョイント５２０は、ユニバーサルジョイントであり、第１軸５１６および第２軸５１８のそれぞれが回動可能に接続される連結部材５２２を含む。

　第１部材５０４は、第１軸５１６を自軸周りに回動可能に支持する。第２軸５１８は、第２部材５０６を軸線方向にスライド可能に支持する。図９に示す状態から第２部材５０６を前方（第１部材５０４に近づける方向）にスライドさせることで、図８に示すように、第１部材５０４と第２部材５０６とを嵌合させることができる。第１部材５０４の内周面には複数の嵌合突起５２４が設けられ、第２部材５０６の先端部外周面には、複数の嵌合溝５２６が設けられている。各嵌合突起５２４が対応する嵌合溝５２６に嵌合することで、第１部材５０４に対する第２部材５０６の回転をロックできる。また、第１部材５０４の後面には、環状の弾性部材５２８（本実施形態ではゴム）が設けられている。弾性部材５２８は、第１部材５０４と第２部材５０６とが嵌合する際、および第２部材５０６が第１部材５０４から離脱する際に両者間に作用する力を吸収し、それらの破損や変形を防止する。弾性部材５２８は、弾性力をもって第２部材５０６を受け入れ、両部材の嵌合部による連結力を高める「連結機構」としても機能する。

　図１０および図１１は、ジョイント機構５００の内部構造を表す断面図である。図１０は両部材の嵌合解除状態を示す。図１０（ａ）は縦断面であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。一方、図１１は両部材の嵌合状態を示す。図１１（ａ）は図１０（ａ）に対応し、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）に対応する。

　図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、第１部材５０４は、有底円筒状の本体５３０を有する。本体５３０の側面から半径方向外向きにフランジ部が延出し、大径部５０８を構成している。本体５３０に対して同軸状に第１軸５１６が組み付けられている。本体５３０の底部５３１の中央には、第１軸５１６の一端部を挿通する挿通孔５３２が形成されている。

　第１軸５１６は、円板状のベース部５３４と、ベース部５３４の片側面から二股状に延出する一対のアーム５３６と、ベース部５３４の反対側面から同軸状に延出する円ボス状の軸部５３８を有する。軸部５３８が挿通孔５３２に挿通されている。一対のアーム５３６は、ベース部５３４の軸線に対して対称に配置される。

　軸部５３８は、挿通孔５３２からやや突出する長さ寸法とされており、その先端面と当接するようにワッシャ５４０が配置されている。ワッシャ５４０は、軸部５３８よりも外径が大きく、ねじ５４２により軸部５３８に締結されている。図示のように、ベース部５３４とワッシャ５４０との間に底部５３１が挟まれる形となるが、ベース部５３４とワッシャ５４０との間隔が底部５３１の厚みよりもやや大きい。このような構成により、第１軸５１６が第１部材５０４に対して自軸周りに回転可能に支持される。

　一対のアーム５３６の先端に挟まれるように連結部材５２２が支持されている。連結部材５２２は、断面正方形の角筒状をなし、その４側面のうち互いに反対側となる２側面から一対のピボット５４４が突出し、残る２側面から一対のピボット５４５が突出している。一対のピボット５４４は、同軸状かつ反対向きに突出して第１回動軸を形成する。一対のピボット５４５は、同軸状かつ反対向きに突出して第２回動軸を形成する。これらの回動軸の軸線は、互いに直交する。一対のアーム５３６のそれぞれの先端部には円形の支持孔５４６が設けられ、一対のピボット５４４がそれぞれ嵌合している。それにより、第１軸５１６と連結部材５２２とは、第１回動軸の軸線周りに相対的に回動できる。

　嵌合突起５２４は、本体５３０の内周面に所定間隔にて複数配設されている。本体５３０の開口端には、環状の装着部５４８が突設されている。弾性部材５２８の裏面には、環状の凹溝５５０が形成されている。この凹溝５５０が装着部５４８に嵌合するようにして、弾性部材５２８が第１軸５１６に装着されている。また、弾性部材５２８の開口端がテーパ状に形成され（テーパ部５５２）、第２部材５０６の受け入れを容易にしている。第２部材５０６は、たとえ第１部材５０４に対して多少傾いていたとしても、その先端部が弾性部材５２８に沿って滑りこむようにして組み付けられる。

　一方、第２部材５０６は、段付円筒状の本体５６０を有する。本体５６０は、第１部材５０４に嵌合又は離脱する小径部５６２と、ツノ本体５０２が接続される大径部５６４を有する。本体５６０に対して同軸状に第２軸５１８が組み付けられている。小径部５６２の先端部はＲ形状とされ、その周面に複数の嵌合溝５２６が所定間隔で設けられている。なお、このＲ形状をなす小径部５６２の外周面が、第１部材５０４と嵌合する「嵌合面」として機能する。小径部５６２の後端部には、環状の磁性部材５６６が固定されている。また、小径部５６２の内周面には複数のガイド部５６８が突設され、軸線方向に延在している。

　第２軸５１８は、円筒状のベース部５７０と、ベース部５７０の片側面から二股状に延出する一対のアーム５７２を有する。一対のアーム５７２は、ベース部５７０の軸線に対して対称に配置される。ベース部５７０の中央には、配線Ｌを通すための挿通孔５７４が形成されている。挿通孔５１４、連結部材５２２の内部通路、挿通孔５７４、およびこれらをつなぐ通路が、第１軸５１６および第２軸５１８を貫通する「貫通路」として機能する。ベース部５７０の外周面には、複数のガイド部５６８とそれぞれ嵌合する複数のガイド溝（凹溝）が設けられ、軸線方向に延在している。これらの嵌合により、第２軸５１８に対する第２部材５０６の回転が防止されている。なお、第２部材５０６の軸線周りの回転は、第１軸５１６の回転により確保される。

　一対のアーム５７２のそれぞれの先端部には円形の支持孔５７３が設けられている。これらの支持孔５７３が、一対のピボット５４５にそれぞれ嵌合している。それにより、第２軸５１８と連結部材５２２とが、第２回動軸の軸線周りに相対的に回動できる。このような構成により、第１軸５１６と第２軸５１８とが、連結部材５２２を介して互いに回動可能となっている（図中一点鎖線矢印）。

　ベース部５７０の外径が小径部５６２の内径とほぼ等しく、第２部材５０６は、第２軸５１８により軸線方向にスライド可能に支持されている。ベース部５７０の後面に環状の嵌合溝５７６が設けられ、環状の磁石５７８（本実施形態では永久磁石）が嵌着されている。磁石５７８は、磁性部材５６６と軸線方向に対向する。

　図示の状態から第２部材５０６を第２軸５１８に対してスライドさせると、第２部材５０６が第１部材５０４に近接し、弾性部材５２８に当接する。この弾性部材５２８の弾性力に抗してさらに第２部材５０６を押し込むと、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、小径部５６２が第１部材５０４の本体５３０に挿入される。弾性部材５２８のテーパ部５５２と小径部５６２のＲ形状とにより、その挿入が促される。このとき、嵌合溝５２６を嵌合突起５２４に嵌合させることにより、第２部材５０６の回転をロックできる。このようにして、第１部材５０４を第２部材５０６に対して正確な姿勢で安定に固定できる。

　また、このとき、磁石５７８と磁性部材５６６との間に磁力が生じるため、第２部材５０６が軸線方向に吸引（付勢）され、第２軸５１８にしっかりと固定される。すなわち、第２部材５０６の第１部材５０４に対する軸線方向の固定も安定する。言い換えれば、第２部材５０６が第１部材５０４に嵌合した状態では、この磁力を超えるような外力が作用しない限り、第１部材５０４から離脱することはない。つまり、ツノ１１２が頭部フレーム３１６から離脱することがない。ツノ１１２の外力に対する耐性を、磁石５７８の磁力の設定により調整できる。なお、磁石５７８および磁性部材５６６は、第１部材５０４と第２部材５０６との連結力を発揮させる「連結機構」として機能し、また、両部材の連結方向の付勢力を高める「付勢機構」としても機能する。

　なお、本実施形態では、ツノ１１２における連結機構（付勢機構）以外の主要部材（第１部材５０４、第２部材５０６、第１軸５１６、第２軸５１８、連結部材５２２等）の強度を、磁石５７８と磁性部材５６６との連結力よりも大きくしている。それにより、ジョイント機構５００の脱臼作用が起こらないままツノ１１２が破壊されることを防止している。また、ロボット１００の自重（重力方向の荷重）を上記連結力よりも大きくすることで、ツノ１１２を引っ張れば離脱する（脱臼作用で抜ける）ようにしている。さらに、ツノ１１２の重さ（重力方向の荷重）を上記連結力よりも小さくすることで、ロボット１００の通常作動時において、その連結力によりツノ１１２を保持（第１部材５０４と第２部材５０６との嵌合状態を保持）できるようにしている。

　一方、磁石５７８および磁性部材５６６による連結力を超える外力がツノ１１２に作用することで、第１部材５０４と第２部材５０６との嵌合が解除されても、第１軸５１６と第２軸５１８とが連結しているため、第２部材５０６と第１部材５０４との接続がなくなることはない。つまり、ツノ１１２が脱臼のような態様で頭部フレーム３１６から離脱することはあっても、脱落することはない。第１軸５１６、第２軸５１８および連結部材５２２は、第１部材５０４と第２部材５０６との間に介在して両者をつなぐ「接続部材」として機能する。なお、連結部材５２２による第１軸５１６と第２軸５１８との接続強度は、第１部材５０４と第２部材５０６が離脱した後にツノ１１２（第２部材５０６）を保持できるよう十分な大きさを有する。

　図１２は、第２部材５０６の回転規制構造を表す説明図である。図１２（ａ）は、図１１（ａ）のＣ－Ｃ矢視断面図である。図１２（ｂ）および（ｃ）は、図１２（ａ）の状態から第２部材５０６が回転するときの回転限界を示す模式図である。

　図１２（ａ）に示すように、第１部材５０４の底部５３１と、第１軸５１６のベース部５３４との間には、第１軸５１６の自軸周りの回転角度範囲を制限する回転規制構造が設けられている。すなわち、底部５３１には、ベース部５３４との対向面に環状のガイド溝５８０が形成されている。本実施形態では、ガイド溝５８０の範囲をベース部５３４の軸線を中心とする３３０度の範囲に設定しているが、その角度範囲は３６０度未満の範囲で適宜設定できる。

　一方、ベース部５３４には、底部５３１との対向面に扇状の係止片５８２が突設され、ガイド溝５８０に遊嵌されている。本実施形態では、係止片５８２の幅を、ベース部５３４の軸線を中心とする３０度の範囲に設定しているが、その角度範囲は適宜設定できる。

　第１軸５１６が一方向に回転すると、図１２（ｂ）に示すように、ガイド溝５８０の一方の周端に位置する壁５８４に係止される。第１軸５１６が他方向に回転すると、図１２（ｃ）に示すように、ガイド溝５８０の他方の周端に位置する壁５８６に係止される。このため、第１軸５１６の回転角度は、３６０度未満の所定角度範囲（本実施形態では３００度の範囲）に制限される。既に述べたように、第２部材５０６の軸線周りの回転は、第１軸５１６の回転により確保されることから、その回転角度範囲も第１軸５１６と同様に制限される。

　図１３は、第２部材５０６の離脱過程（嵌合解除）を例示する図である。図１３（ａ）および（ｂ）は、その離脱過程を示している。第２部材５０６を第１部材５０４から離脱させるためには、図１３（ａ）に示すように、少なくとも嵌合突起５２４と嵌合溝５２６との嵌合を解除する必要があり、そのために第２部材５０６に対して軸線方向の力成分を作用させる必要がある。

　第２部材５０６が第１部材５０４から離れる方向に所定量変位すると、嵌合突起５２４と嵌合溝５２６との嵌合が解除される。この状態で第２部材５０６に径方向の力成分を作用させることで、図１３（ｂ）に示すように、第２部材５０６を第１部材５０４に対して回動させることができる。このとき、第２部材５０６は、第１軸５１６の軸線Ｌ１周り、連結部材５２２の第１回動軸の軸線Ｌ２周り、および連結部材５２２の第２回動軸の軸線Ｌ３周り（つまり３軸周り）に回動できる。それにより、ツノ１１２の動作自由度が高まる。

　以上、実施形態に基づいて、ロボット１００に適用されるジョイント構造について説明した。本実施形態によれば、ロボット１００の本体に設けられる第１部材５０４と、ツノ１１２を構成する第２部材５０６とが、嵌合又は離脱（嵌合解除）可能に構成される。ロボット１００の行動過程でツノ１１２に想定外の外力が加わったとしても、両部材の相対変位が所定量を超えたときに嵌合状態が解除され、脱臼のような現象を生じさせることで、その外力による負荷を受け流すことができる。それにより、ツノ１１２の破壊を防止できる。また、両部材が離脱しても、第１軸５１６と第２軸５１８との連結状態が保たれるため、ツノ１１２が脱落することを防止できる。

　また、本実施形態によれば、第１軸５１６、連結部材５２２および第２軸５１８を貫通する貫通路が形成され、その貫通路に配線Ｌが挿通される。ジョイント５２０そのものに配線Ｌが通されることとなるため、部材間の配線を最短距離で行うことができる。ジョイント５２０が複雑な回転作動をしても、配線Ｌがその作動に干渉することがない。さらに、第１軸５１６の回転角度範囲を３６０度未満に制限したため、配線Ｌ（電源線１３０，信号線１３２）が捩れることも防止又は抑制できる。このため、配線Ｌの切断や破損を効果的に防止できる。

［変形例］
　図１４は、変形例に係るジョイント構造を表す断面図である。図１４（ａ）は第１変形例を示し、図１４（ｂ）は第２変形例を示す。
　第１変形例では、「連結機構」および「付勢機構」として、ばね６１０（引きばね）が設けられている。ばね６１０の一端が第２軸６１８に固定され、他端が第２部材６０６の大径部５６４に固定されている。小径部５６２の後端近傍には、第２軸６１８の脱落を防止するための止輪６６６が設けられている。このような構成によれば、ばね６１０の仕様（荷重）を選択することにより、ツノを脱臼させるべき外力の大きさ（脱臼しやすい／し難い）を調整できる。

　第２変形例では、「連結機構」および「付勢機構」として、電磁石６３０が設けられている。小径部５６２の後端近傍には、その内周面に沿って複数の電磁石６３０が配置されている。第２軸６２８には、各電磁石との対向面に磁性部材６７８が配設されている。制御部１５０が、電磁石６３０への電源供給を制御する。このような構成によれば、電磁石６３０への供給電流値を調整することにより、第１部材５０４と第２部材６２６との嵌合力（連結力、付勢力）を制御できる。すなわち、ロボット１００がおかれる状況に応じて、ツノを脱臼させるべき外力の大きさ（脱臼しやすい／し難い）を調整できる。

　図１５は、他の変形例（第３変形例）に係るジョイント構造を表す断面図である。
　第３変形例では、第１変形例の構成に加え、第１部材７０４と第２部材７０６との嵌合状態をロック可能なロック機構７１０が設けられている。ロック機構７１０は、第１部材７０４と第２部材７０６とを締結可能なねじ７１２（ボルト）と、ねじ７１２を締結又は解除方向に駆動するモータ７１４を含む。制御部１５０が、モータ７１４を制御する。

　第１部材７０４には、ねじ７１２を挿通するための挿通孔７１６が貫通形成されている。挿通孔７１６の開口端部に軸受７１８が配設されている。ねじ７１２の後端部には、ギヤ７２０が同軸かつ一体に設けられている。ギヤ７２０は、モータ７１４の出力ギヤ７２２と噛合している。第１部材７０４の端面とギヤ７２０との間には、ワッシャ７２６が介装されている。一方、第２部材７０６の大径部７６４には雌ねじ部７３０が設けられ、ねじ７１２の雄ねじ部７２８が螺合する。

　モータ７１４を一方向に回転駆動することにより、ねじ７１２を締結方向（図の右方）に駆動できる。モータ７１４を他方向に回転駆動することにより、ねじ７１２を締結解除方向（図の左方）に駆動できる。ねじ７１２を締結解除方向に駆動し、雄ねじ部７２８を雌ねじ部７３０から脱抜させることにより、第１部材７０４と第２部材７０６とを離脱させることができる。このような構成によれば、第１部材７０４と第２部材７０６との締結により、両者の連結強度を高めることができる。例えば、ツノが壊れても連結状態を維持する必要が生じる場合、このような構成が有効となる。

　図１６は、他の変形例（第４変形例）に係るジョイント構造を表す断面図である。図１６（ａ）は第１部材と第２部材との嵌合状態を示し、図１６（ｂ）は離脱状態を示す。
　第４変形例では、「連結機構」および「付勢機構」として、ベローズ８１０が設けられている。ベローズ８１０の一端が第１部材８０４に固定され、他端が第２部材８０６に固定されている。ベローズ８１０は、軸線方向の弾性力を有するため、第１部材８０４と第２部材８０６とを嵌合方向に付勢する「付勢機構」として機能する。本変形例では、第１軸および第２軸は設けられていない。第１部材８０４には、配線Ｌを挿通させるための挿通孔５１４が設けられている。

　図１６（ａ）に示す嵌合状態から外力を加えることにより、図１８（ｂ）に示すように、第２部材８０６を脱臼態様にて離脱させることができる。このとき、ベローズ８１０は、第２部材８０６の脱落を防止する「接続部材」として機能する。このような構成によれば、ジョイント構造の部品点数を削減でき、コスト低減を図ることができる。

　なお、ベローズ８１０に代えて、スポンジ（ウレタン）等の外皮を配置してもよい。また、両部材をワイヤにより接続してもよい。そのワイヤを形状記憶合金線としてもよい。ワイヤに通電又は通電遮断することにより、そのワイヤを緊張又は弛緩させることができる。例えば、両部材の嵌合状態を維持したときに緊張させ、離脱を許容するときに弛緩させてもよい。

　図１７は、他の変形例（第５変形例）に係るジョイント構造を表す断面図である。
　第５変形例では、上記実施形態のジョイント機構５００を、ロボット９００（ヒューマノイドロボット）の肩関節に適用している。ロボット９００の肩部９０２が「第１部位」に該当し、腕部９０４が「第２部位」に該当する。第１部材５０４が肩部９０２を構成し、第２部材５０６が腕部９０４を構成している。なお、腕部９０４の詳細については説明を省略する。

　ねじ５４２とワッシャ５４０との間に挟まれるようにギヤ９２０が固定されている。ギヤ９２０は、モータ９１４の出力ギヤ９２２と噛合している。制御部１５０が、モータ９１４を制御する。モータ９１４を駆動することで、腕部９０４を回転させることができる。そして、腕部９０４に所定値以上の外力が加わった場合、第２部材５０６が第１部材５０４から離脱し、その外力を受け流すことができる。このように、上記実施形態のジョイント機構５００は肩部の関節にも適用できる。もちろん、ロボット９００に設けられた関節毎にジョイント機構５００が組み合わされてもよい。なお、変形例１～４についても同様に、ロボット９００の肩関節に適用可能であることは言うまでもない。

　なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

　１つのロボット１００と１つのサーバ２００、複数の外部センサ１１４によりロボットシステム３００が構成されるとして説明したが、ロボット１００の機能の一部はサーバ２００により実現されてもよいし、サーバ２００の機能の一部または全部がロボット１００に割り当てられてもよい。１つのサーバ２００が複数のロボット１００をコントロールしてもよいし、複数のサーバ２００が協働して１以上のロボット１００をコントロールしてもよい。

　ロボット１００やサーバ２００以外の第３の装置が、機能の一部を担ってもよい。図７において説明したロボット１００の各機能とサーバ２００の各機能の集合体は大局的には１つの「ロボット」として把握することも可能である。１つまたは複数のハードウェアに対して、本発明を実現するために必要な複数の機能をどのように配分するかは、各ハードウェアの処理能力やロボットシステム３００に求められる仕様等に鑑みて決定されればよい。

　上記実施形態では、第２部材に設けられる「センサモジュール」として全天球カメラ４００を例示したが、これに限らず、例えば温度センサ等、種々のセンサを設けることができる。「センサモジュール」に代えて、モータ等の「アクチュエータモジュール」としてもよい。このアクチュエータモジュールにも配線Ｌ（電源線、信号線等）が接続される。

　上記実施形態では述べなかったが、磁性部材５６６の近傍にホール素子等による磁気センサ（非接触センサ）を配置し、磁石５７８と磁性部材５６６との着脱（つまり、第１部材５０４と第２部材５０６との嵌合有無）を検知してもよい。この離脱検知によりツノ１１２が抜かれたと判定し、アラート信号を出力してもよい。制御部１５０は、このアラート信号の入力に応じてロボット１００の動力系電源をオフにするなどしてもよい。あるいは、電源回路そのものを遮断してもよい。

　上記実施形態および変形例では、上記ジョイント構造をツノや肩関節に適用する例を示した。他の変形例においては、腕や手足の関節、指の関節等その他の関節部分に適用してもよい。例えば、二足歩行ロボットが転倒したとき、腕に想定外の力がかかり関節が壊れるかもしれない。二足歩行ロボットが歩行中に片足が滑り、その股が想定以上に開き、股関節が破壊するかもしれない。そのようなとき、上述のようなジョイント機構による脱臼構造があれば、致命的な破壊を防ぐことができる。脱臼構造は一箇所なくてもよく、例えば、腕の各関節（手首、肘、肩）のそれぞれに設けてもよい。転倒時には手首から順番に脱臼していくことで、衝撃を逃がしつつ転倒させることもできる。

　上記実施形態では、ジョイント５２０としてユニバーサルジョイントを例示したが、モールジョイントその他のジョイントを採用してもよい。なお、ジョイントの回動部分に配線を通すことを考慮すると、ユニバーサルジョイントを採用するのが好ましい。

　上記実施形態では、図１１に示したように、第１部材５０４において、第２部材５０６を弾性部材５２８にて導入し、本体５３０にて固定する例を示した。つまり、第１部材５０４において第２部材５０６が嵌合する部分の根元部分を硬質の樹脂材、先端部分を弾性部材とした。変形例においては、第１部材５０４において第２部材５０６が嵌合する部分全体を弾性部材としてもよい。

　上記実施形態では述べなかったが、第２部材を離脱（脱臼）させるべき荷重の大きさを、第２部材５０６に対する連結部材５２２の位置（回動支点位置）により調整することができる。外力が作用する位置と支点位置との距離により、回転モーメントが異なるからである。例えば、第２軸５１８を長くするほど回転モーメントが大きくなるため、離脱し易くできる。なお、このように離脱させるべき荷重を物理的に調整する場合、嵌合突起５２４と嵌合溝５２６とによる嵌合構造を省略してもよい。それにより、第２部材５０６を軸線方向にスライドさせることなく離脱させることもできる。

　上記実施形態では述べなかったが、第１部材と第２部材とが、嵌合状態にて互いを係止させる係止部を備えてもよい。例えば、第２部材を第１部材に対して引っ掛ける構造としてもよい。係止部の弾性変形により、係止状態を解除できるようにしてもよい。

　上記実施形態では、第２軸と第２部材との間に磁石（連結機構、付勢機構）を配置したが、第１部材と第２部材との間に磁石を配置してもよい。

　上記第５変形例では、モータ９１４と第１軸５１６とをギヤ接続としたが、クラッチ接続としてもよい。

　なお、上記実施形態のジョイント構造を以下のように捉えることもできる。すなわち、このジョイント構造は、第１部材と、前記第１部材に支持される第１軸と、前記第１軸とジョイントを介して回動可能に連結される第２軸と、前記第２軸に相対変位可能に支持される第２部材と、を備え、前記第２部材の前記第２軸に対する相対変位に応じて、前記第２部材が前記第１部材に対して着脱可能に構成されている。このジョイント構造は、前記第２軸の長手方向への前記第２部材のスライドをガイドするガイド部が設けられている。

　上記実施形態では、図１０（ａ）に示したように、第１部材５０４の軸線から離隔した位置に挿通孔５１４を設け、第２部材５０６から延びる配線Ｌを挿通させる構成を示した。このような構成では、第１部材５０４に対する第２部材５０６の回転角度範囲に応じて、配線Ｌが第１軸５１６の外周に巻きとられる可能性がある。このため、配線Ｌの長さについては、その回転角度範囲を考慮して余裕をもって設定するのがよい。

　上記実施形態では、挿通孔５１４を第１部材５０４の軸線から離隔した位置に設ける一方、第１軸５１６の回転角度範囲を３６０度未満に制限することで、配線Ｌの捩れを抑制し、切断や破損を防止する例を示した。変形例においては、第１部材５０４の軸線上（つまり第１軸５１６の軸線上）に挿通孔を設けてもよい。例えば、ねじ５４２を軸線方向に貫通するように挿通孔を設け、上記「貫通路」の一部としてもよい。「貫通路」は、第１軸５１６をその軸線方向に貫通する通路と、第２軸５１８をその軸線方向に貫通する通路と、連結部材５２２（接続部材）を貫通する通路とにより構成される。このような構成により、配線Ｌを第１軸５１６および第２軸５１８の軸線に沿って延ばすことができる。その結果、第２部材５０６を軸線周りに回転させても、配線Ｌがより捩れ難くなり、その切断や破断を防止できる。第１軸５１６の回転角度範囲を３６０度未満に制限する必要がなくなり、第２部材５０６を軸線周りに回転自在とすることもできる。

Claims

　ロボットの第１部位と第２部位との接続に用いられるジョイント構造であって、
　前記第１部位に設けられる第１部材と、
　前記第２部位に設けられ、前記第１部材と嵌合する嵌合面を有する第２部材と、
　前記第１部材と前記第２部材との嵌合状態が維持されるよう前記第１部材と前記第２部材との連結力を発揮させる連結機構と、
　を備え、
　前記連結機構は、前記嵌合状態からの前記第１部材と前記第２部材との相対変位が所定量を超えた場合に、前記嵌合状態を解除することを特徴とするジョイント構造。
　前記連結機構は、前記第２部材を前記第１部材と嵌合する方向に付勢する付勢機構であることを特徴とする請求項１に記載のジョイント構造。
　前記第１部材と前記第２部材との嵌合状態が解除されても、前記第１部材と前記第２部材との間に介在して両者をつなぐ接続部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のジョイント構造。
　前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方の嵌合部に弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のジョイント構造。
　前記第１部材に支持される第１軸と、
　前記第１軸とジョイントを介して回動可能に連結される第２軸と、
　をさらに備え、
　前記第２部材が、前記第２軸に相対変位可能に支持され、
　前記連結機構は、前記第２部材の前記第２軸に対する相対的な位置関係に応じて、前記第１部材と前記第２部材との嵌合状態を実現又は解除することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のジョイント構造。
　前記第１軸および前記第２軸を貫通する貫通路が形成され、
　前記貫通路に配線が挿通されることを特徴とする請求項５に記載のジョイント構造。
　前記第１部材と前記第２部材との離脱を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のジョイント構造。
　第１部材と、
　前記第１部材に支持される第１軸と、
　前記第１軸とジョイントを介して回動可能に連結される第２軸と、
　前記第２軸に支持される第２部材と、
　を備え、
　前記第１軸および前記第２軸を貫通する貫通路が形成され、
　前記貫通路に配線が挿通されることを特徴とするジョイント構造。
　前記第１軸が、前記第１部材により自軸周りに回転可能に支持されていることを特徴とする請求項８に記載のジョイント構造。
　前記第１軸の回転角度範囲を３６０度未満の所定角度範囲に制限する回転規制構造をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のジョイント構造。
　前記第２部材にセンサモジュールが固定され、
　前記配線が前記センサモジュールに接続されていることを特徴とする請求項８～１０のいずれかに記載のジョイント構造。
　第１部位と第２部位とが接続されるロボットであって、
　前記第１部位を構成する第１部材と、
　前記第２部位を構成し、前記第１部材と嵌合する嵌合面を有する第２部材と、
　前記第１部材と前記第２部材との嵌合状態が維持されるよう前記第１部材と前記第２部材との連結力を発揮させる連結機構と、
　を備え、
　前記連結機構は、前記嵌合状態からの前記第１部材と前記第２部材との相対変位が所定量を超えた場合に、前記嵌合状態を解除することを特徴とするロボット。
　第１部位と第２部位とが接続されるロボットであって、
　前記第１部位を構成する第１部材と、
　前記第１部材に支持される第１軸と、
　前記第１軸とジョイントを介して回動可能に連結される第２軸と、
　前記第２軸に支持され、前記第２部位を構成する第２部材と、
　を備え、
　前記第１軸および前記第２軸を貫通する貫通路が形成され、
　前記貫通路に配線が挿通されることを特徴とするロボット。